完整word版合泰杯初赛计划书.docx

完整word版合泰杯初赛计划书.docx

《完整word版合泰杯初赛计划书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整word版合泰杯初赛计划书.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

完整word版合泰杯初赛计划书

2014年重庆地区第七届重庆市大学生“合泰杯"大学生单片机应用设计竞赛

作品创意书

20140075

健康监护智能腕表

西南大学

电子信息工程

刘东卓老师

宋府昌

贺欣

陈小波

2013年12月10日

作品创意书

一、摘要

我国快速迈入老年化,老年人健康安全监护是一项难题,本设计是一项为老年人量身定制的一款携带方便，使用简单的而且能实时进行健康安全监护的一款多功能智能腕表。

腕表分别提供了收集分析老人健康信息，远程保障老人安全服务,定制健康锻炼计划和备忘时钟系统等多个人性化的功能服务。

给老年人提供一种舒心便捷和保障老年人健康安全的服务.

二、作品介绍

1、背景

我国是世界上老龄人口绝对数最多的国家，又是世界上人口老龄化速度最快的国家之一。

随着世界人口老龄化的飞速进展，老年人的健康状况已经成为衡量一个国家经济、文化和卫生水平的标志.目前，我国老年人口总数已过1.3亿，占我国总人口的10％以上，根据联合国卫生组织对老龄化社会的划分标准，我国已经进入老年社会［1]。

关注老年人健康已成为一个首要的问题.而今科技迅猛发展，科技是为了更好的服务人类，科技结合生活创造幸福生活。

我们这个作品就是利用科技的优势关注老年化群体特殊群体的健康为目的开展的。

用科技力量来为中国儿童、老人的切身需求提供贴心的安全健康服务,通过小小的智能腕表和强大的关爱服务平台支撑，承载亲情和关爱，与爱同行,绽放未来！

2、功能

（1）安全功能：

a、GPS实时定位,远程服务端和手机服务端进行家庭实时监控.这项功能出发点是由于现在社会常常能见到很多老年痴呆患者，或者是其他方面原因的老年人走丢或者是走失迷路,以至于跟家里面的人失去联系。

该腕表会实时将携带人的定位信息发送至服务器，可供家人通过手机或电脑客户端随时查看。

b、一键SOS紧急呼救,由于有些老年人不会用手机或者不方便用手机发送需要救助等信息，腕表上设置一个紧急求助按钮，负责向家人的客户端发送需要帮助的信息，呼叫,并同时发送准确位置信息到指定手机号码上。

（2）健康管理:

a、实时体温测量、心率测量并显示在腕表的屏幕上，让老人实时掌握自己的健康信息.

b、腕表会根据心率体温的不规律发出警告信息和在危险的紧急情况下智能远程求助家人。

c、锻炼计划：

可以在服务端上传订制一份锻炼计划，老人在平时锻炼的时候运行这个锻炼计划,然后腕表会有一个步数累计功能（范围：

0~99999）、带累计里程表统计功能和运动时间记录功能，通过这3个功能计算锻炼计划完成度.

（3）时钟系统:

a、基本时钟功能，支持多组闹钟，关机闹钟有效；和让老年人能很方便的掌握和规划自己的生活作息时间。

b、集成日历表，带日程表功能、备忘录功能。

备忘录会在指定的时间提醒健忘的老年人需要完成和注意的事项，给老人一种贴心的备忘管理服务。

三、工作原理

本系统基于C/S构架，用户端,就是我们随身携带的这功能电子表.另外我们带有一个PC远程管理服务端和一个手机远程服务端（基于ANDROIDJAVA）。

1、用户端

智能腕表佩戴部分是一个多功能模块集成的项目，为了实现用户端的基本功能，我们需要如下硬件模块:

红外体温传感器，心跳频率传感模块，GPS定位模块,加速度传感器模块，GPRS无线通讯模块，NANDFLASH存储器，LCD显示器。

当然还有主控制器:

HT32F165单片机。

（如图1与所示,通信结构如图2所示）

图1智能腕表硬件结构

图2服务端与用户端通讯结构

体温传感器,心率传感器,GPS定位模块分别采集到腕表携带者的体温信息、心率信息、地理位置信息.这时候信息会有3种情况的转换,第一是保存到数据存储器里面进行后续的分析，第二是送到手表彩色显示器,第三是通过GPRS通信传到云服务端进行远程监控管理。

加速度传感器模块在跑步或者步行锻炼的时候统计用户步数和里程，通过数据整合分析以后和我们云端上传的锻炼计划共同组成一套健康生活锻炼计划系统.

此外，微控制器和数据存储器共同装载一个时钟日程表系统，一个锻炼计划表系统。

这两个系统可以通过手表控制修改，也可以通过远程云端服务器制定。

一键互救通过MCU的外部中断响应，一旦被触发，我们会通过GPRS通信模块给远程手机端和电脑端传达紧急信息，直到对方响应为止。

2、服务端

服务端构建于XX云环境（BAE）之上,使用JavaServlet开发，MySQL数据库存储，具有用户账号管理、用户数据存储和处理，以及消息推送等功能。

（其构架如图3所示）手机客户端、PC端和智能手表的数据互联由服务端处理。

服务端通过即时推送技术向各个客户端发送消息,保证客户端的电量消耗最小。

服务端还将对通过各类传感器收集上传的数据进行分析比对，从而实现及时报警等功能。

收集的数据可以用于健康情况监测等各类大数据应用[2].

图3服务端构架

四、作品功能、特色

1、功能、特色

基于无线通讯服务端的智能腕表，是一个新生的事物。

它能完成对老人健康管理的功能。

能自动检验老人安全状况、对异常情况发出警告、并能将数据传给服务端，并将威胁安全的危险信息即使发送给家人。

还能给老人带来一种全心健康的生活方式。

（1）通讯功能:

支持GSM,GPRS收发。

（2）一键SOS呼救功能：

支持（呼叫同时发送准确位置信息到指定号码）（3）GPS定位:

支持主被动定位（4）准确物理位置：

配合网络后台可直接获悉准确地址信息（5）闹钟:

支持多组闹钟，关机闹钟有效（6）日历，日程表（7）其他特点：

步数累计：

范围：

0～99999

（8）平均速度，累计里程表，单程里程表，运动时间记录（9）心率测量，设置心率上下限，心率报警功能

本系统的特色如下：

1.产品开发出来以后易于携带。

2.从能让老年人健康舒心安全生活的角度出发而研发,深受市场欢迎。

3.服务端对用户进行实时监控，让家人能够很容易了解携带老人的健康安全信息。

4.产品是一项高新产品,目前市场上并没有类似的成熟产品。

5.有一个很好的出发点，很好的迎接和带动科技改变生活的潮流和趋势.

2、市场潜力

“一个充满了传感器、数据库和分析软件的世界，将带来巨大的改变.。

。

..。

由于汗液分析传感器、无线通讯菜单、心脏监测手表的进步，你的个人习惯、膳食摄入和生命体征方面的相关数据都已被存储。

毫无疑问这对你的身体有好处，但也能帮你的人身保险公司计算要承担的风险.你的生活方式也被计算在内：

多吃一个培根汉堡，就多付一点保险金……”.美国一篇名为《十年后的世界和人类生活》的文章曾经这样预言。

据某一统计结果显示，国内的老年人人口近达2个亿，每年增加1000万60岁以上的老人，而平均一个老人花费在健康防护这方面的费用大概在500元左右.而我们这个项目设想就是建立在这个数据基础上实现的。

如果能有一个能够随时采集并分析您健康报告的设备，不是对您的身体以及生活习惯做出评估以及建议，就能时刻掌握自己的健康信息进而快速的做出进一步的调整计划，管理您的健康，规律您的生活。

五、作品结构

系统总体框架

要实现建立的功能模型的共同协作运行,可以将其细化分为3个层面上的框架结构，具体为应用服务端、系统层和硬件模块层.在每一层中我们将系统所涉及到的功能模块对其进行功能的目录归类，如图4所示:

图4系统框架

（一）服务端部分

2、服务端

服务端构建于XX云环境（BAE）之上，使用JavaServlet开发，MySQL数据库存储，具有用户账号管理、用户数据存储和处理,以及消息推送等功能。

手机客户端、PC端和智能手表的数据互联由服务端处理。

服务端通过即时推送技术向各个客户端发送消息，保证客户端的电量消耗最小。

服务端还将对通过各类传感器收集上传的数据进行分析比对,从而实现及时报警等功能。

收集的数据可以用于健康情况监测等各类大数据应用。

（二）硬件（腕表）部分

1、GPS定位模块

ATK—NEO-6M—V12（V12是版本号，下面均以ATK—NEO—6M表示该产品）是一款高性能GPS定位模块。

模块通过串口与外部系统连接，串口波特率支持4800、9600、38400（默认）、57600等不同速率，兼容5V/3.3V单片机系统。

ATK-NEO—6MGPS模块同外部设备的通信接口采用UART（串口）方式，输出的GPS定位数据采用NMEA-0183协议（默认）,控制协议为UBX协议。

其硬件电路图如图5所示:

图5GPS定位模块图

其与单片机系统典型连接方式如下：

图6GPS定位模块与单片机连接图

2、红外体温传感器

ANT-OTP-538U红外线热电堆传感器是利用常见三种热电效应：

西贝克效应（Seebeckeffect）、帕尔帖效应（Peltiereffect）及汤普森效应（Thomsoneffect）其中的西贝克效应及汤普森效应，作为温度感测的原理。

西贝克效应（seebeckeffect）是将两种不同材质的金属线以熔接方式将其两端点加以结合，而其两端之温度不同时则有连续电压的产生，于是便可在其两端的冷热端点输出出一电动势，可用作温度上的感测。

图7贝西克效应公式

西贝克效应（Thomsoneffect）即是利用其两端温度差越大，输出的电动势越大的原理，经由电压及温度差的关系式即可得知待测物的温度。

目前市面上常见的热电偶及热电堆即是以这些特性制作而成的组件。

此款传感器输出端电压和温度对应表如图8所示：

图8温度传感器温度电压对照表

所以传感器和单片机用一个简单的AD转换连接电路便可（如图9）:

图9AD转换接口

3、TFT电阻触摸屏接口电路

TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。

其英文全称为：

ThinFilmTransistor—LiquidCrystalDisplay.TFT—LCD与无源TN—LCD、STN-LCD的简单矩阵不同,它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT）,可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。

TFT—LCD也被叫做真彩液晶显示器。

TFTLCD模块采用16位的并方式与外部连接,之所以不采用8位的方式，是因为彩屏的数据量比较大,尤其在显示图片的时候，如果用8位数据线,就会比16位方式慢一倍以上，当然希望速度越快越好，所以选择16位的接口。

图列出了触摸屏芯片的接口。

模块的80并口有如下一些信号线（图10所示）

图10TFT显示屏接口电路

CS:

TFTLCD片选信号。

WR:

向TFTLCD写入数据.

RD:

从TFTLCD读取数据。

D[15:

0］:

16位双向数据线。

RST：

硬复位TFTLCD。

RS：

命令/数据标志（0,读写命令;1,读写数据）。

4、NANDFLASH电路接口原理

图11NANDFLASH与处理器接口

图11中A0～18为地址线,总共19根地址线（即2^19=512K，1K=1024）;IO0～15为数据线，总共16根数据线。

CS2和CS1都是片选信号，不过CS2是高电平有效CS1是低电平有效;OE是输出使能信号（读信号）；WE为写使能信号；UB和LB分别是高字节控制和低字节控制信号;该芯片直接接在FSMC控制器上［3］。

其FSMC控制接口电路如图12所示

图12COTEX—M3FSMC接口电路

5、GPRS通信模块

ATK-SIM900A模块（图13为实物图）板载SIMCOM公司的工业级双频GSM/GPRS模块[4]：

SIM900A，工作频段双频:

900/1800Mhz，可以低功耗实现语音、SMS（短信,不支持彩信）、数据和传真信息的传输.

图13GPRS通信模块

串口电路：

采用TVS和磁珠保护器件来保护板子，使板子不会受到浪涌、高电压的伤害.

SIM卡电路增加SMF05C静电释放芯片。

天线电路：

保证的短且直，这样才能保证信号强度。

（二）软件部分

1、固件库开发方式（单片机）

图14ht32f175固件库源码

已知HT32F1765单片机支持固件库编程，我们可以简化原始的寄存器编程方法改用库函数操作方法（源码图14）,大大减少了开发难度和复杂度（固件库开发方式见图15）：

图15固件库开发方式

2、手机客户端（目前仅针对Android系统）

使用AndroidSDK开发,通过XX云推送SDK实现消息即时推送。

软件框图如图16所示。

图16手机端软件框图

3、电脑客户端

基于Java开发，借助Java良好的跨平台和快速开发特性，使得客户端可以运行于多种操作系统之上，并且相对于其他方案有更短的开发周期。

电脑客户端功能包括查询佩戴者的当前位置、接收来自佩戴者的警报信息、查看运动计划等功能.其功能框图类似于手机客户端，故不再赘述。

4、服务端

在XX云环境（BAE）上使用JavaServlet+MySQL开发。

BAE提供了高性能和可靠的MySQL数据库和快速、轻便的JettyServlet容器。

服务端提供用户位置存储、消息推送和用户数据管理及分析功能.系统框图见“工作原理"中“服务端”一节。

（三）开发流程

图17开发流程图

参考文献:

[1］作者.中日沿海城市部分老年人身体健康状况调查[J］。

中华现代护理学杂志,2006（10）.

［2］刘连浩.物联网与嵌入式系统开发[M］.北京：

电子工业出版社，2012。

09.

［3］姚燕南姚向华巧瑞萍.微型计算机原理［M].西安：

西安电子科技大学出版社，2008.10.

[4］CarlJ。

Weisman。

TheEssentialGuidetoRFandWireless[M］.北京：

清华大学出版社，2005.6.